光催化磁流體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫水熱法制備Ti02/PANI/MnFe 204 光催化磁流體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于優(yōu)異的光催化性質(zhì)，1102光催化降解污染物引起了國(guó)內(nèi)外廣泛學(xué)者的關(guān)注。 粉末態(tài)光催化劑存在著分離困難等因素，不能重復(fù)利用的特點(diǎn)，有學(xué)者將TiO 2負(fù)載在塊體 材料（玻璃、陶瓷、金屬等）以及粉體材料（玻璃微珠、活性炭、膨潤(rùn)土等）上加以回收利用， 但均引起光催化活性的降低以及回收困難的問(wèn)題。
[0003] 將1102包覆在軟磁性納米材料表面將使其既有粉末態(tài)高催化活性的優(yōu)點(diǎn)，又能利 用磁場(chǎng)進(jìn)行回收利用。目前磁載TiO 2光催化劑的制備主要有兩種形式：第一種是在磁核的 表面直接負(fù)載TiO2;第二種是在磁核先負(fù)載惰性隔離層再負(fù)載TiO 2制成殼/殼/核結(jié)構(gòu) 的光催化劑。上述磁載TiO2I催化劑目前大多采用熱處理的方法，然而熱處理存在諸多缺 點(diǎn)：⑴導(dǎo)致磁核的氧化，降低飽和磁化率，使回收性能下降；（2)降低比表面積和表面羥基 遺失，從而降低催化活性；（3)第二種方法大多采用SiOjP Al 203等無(wú)機(jī)物物質(zhì)作為惰性隔 離層，形成磁屏蔽，降低了磁回收性能。
[0004] 由于TiO2光催化劑存在著催化劑分離困難、難以回收利用、無(wú)法連續(xù)運(yùn)行等缺點(diǎn)。 目前，很多學(xué)者將目光集中在了制備既具有懸浮態(tài)高催化效率的特點(diǎn)，又兼有回收性能的 TiO2光催化劑的研宄上。催化劑在體系中的分散程度是決定催化效率的重要因素。如何在 保持110 2磁載催化劑良好磁回收性能的前提下提高催化劑在反應(yīng)體系中的分散性進(jìn)而提 高其光催化效率將是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種低溫水熱法制備光催化磁流體的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù) 中存在的粉末態(tài)磁載光催化劑分散性能差以及制備過(guò)程繁瑣的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種低溫水熱法制備Ti02/PANI/MnFe 204光催化磁流 體的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0007] 步驟1、通過(guò)化學(xué)共沉淀法來(lái)制備納米MnFe2O4納米粒子，
[0008] 步驟2、通過(guò)原位合成法制備PANI/MnFe204納米復(fù)合物，
[0009] 步驟3、通過(guò)水熱法制備Ti02/PANI/MnFe20 4光催化磁流體。
[0010] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0011] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：將MnSO4 · H2O和FeCl3 · 6H20混合，進(jìn)行水浴加 熱反應(yīng)；邊攪拌邊緩慢加入NaOH溶液，調(diào)溶液pH值為10-12,升溫至80-KKTC恒溫?cái)嚢?I. 5h-2. 5h后，冷卻至室溫，將沉淀物進(jìn)行磁分離，用蒸餾水反復(fù)洗滌；然后將沉淀物置于 真空烘箱中55-65°C干燥后，研磨并過(guò)300目篩，即得到MnFe 2O4納米粒子。
[0012] MnSO4 · H2O和FeCl3 · 6H20的體積比為I: I，其中的Mn2+和Fe 3+物質(zhì)的量比為 1:1-1:5〇
[0013] NaOH溶液的濃度為3mol/L。
[0014] 1.步驟2通過(guò)原位合成法制備PANI/MnFe204納米復(fù)合物具體按照以下方式實(shí)施：
[0015] 步驟2. 1、制備ANI溶液，將苯胺單體加入到含有IOOmL lmol/L的HCl溶液中，磁 力攪拌15min，制備得到ANI溶液；
[0016] 步驟2. 2、然后按n (ANI) :n (MnFe2O4)為3 :1-1 :3的比例，向ANI溶液中加入 MnFe2O4粉末并不斷攪拌15min-45min，將反應(yīng)體系移入超聲的條件下，緩慢滴加與ANI等 摩爾的0. lmol/L (NH4) 2S208溶液，然后置于0~5 °C的冰浴，在400~500rpm下反應(yīng)攪拌 4h-8h，得到的墨綠色液體磁力沉降，移去上清液，得到粗聚苯胺包覆的鐵氧體納米顆粒；將 粗聚苯胺包覆的鐵氧體納米顆粒過(guò)濾分離，反復(fù)用去離子水和乙醇交叉洗滌，直至濾液為 無(wú)色；PANI/MnFe 204磁性復(fù)合材料在真空烘箱中80°C干燥24h，研磨并過(guò)300目篩，即得到 PANI/MnFe204高分子磁性顆粒。
[0017] 步驟3中通過(guò)水熱法制備Ti02/PANI/MnFe20 4光催化磁流體具體按照以下方式實(shí) 施：
[0018] 步驟3. 1、將鈦酸四異丙酯緩慢地加入到無(wú)水乙醇中，磁力攪拌30min，形成A溶 液；
[0019] 步驟3. 2、將步驟2制備得到的PANI/MnFe204磁性粒子加入到純水中，超聲30min， 形成B溶液；
[0020] 步驟3. 3、將A溶液緩慢加入到B溶液中，磁力攪拌40min ;將得到的混合液轉(zhuǎn)移到 水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻至室溫，倒掉上清液，將剩余溶液全部轉(zhuǎn)移到IOOmL的容 量瓶中定容；得到以聚苯胺為惰性隔離層，MnFe 2O4作為磁核，TiO 2作為外殼，形成的TiO2/ PANI/MnFe2O4光催化磁流體。
[0021] 步驟 3. 1 中 n(Ti4+) :n(CH3CH20H)為 1:20 ;所述步驟 3. 3 中 n(Ti4+) :n(ANI): n (MnFe2O4) = 16-32:1-3:1-3。
[0022] 水熱反應(yīng)條件為170°C _190°C反應(yīng)16h-24h。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在保持TiO2磁載催化劑良好磁回收性能的前提下提 高催化劑在反應(yīng)體系中的分散性進(jìn)而提高其光催化效率。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明所制備的不同摩爾比的TPM光催化磁流體降解苯酚的 反應(yīng)速率常數(shù)，其中，TPM-8 為 n(Ti4+):n(ANI):n(MnFe204)為 8:1:1、TPM-16 為 n (Ti4+) : n (ANI) : n (MnFe2O4)為 16:1:1、TPM-24 為 n (Ti4+) : n (ANI) : n (MnFe2O4)為 24:1:1 和 ΤΡΜ-32 分別為 n (Ti4+) : n (ANI) : n (MnFe2O4)為 32:1:1 ;
[0025] 圖2是本發(fā)明所制備的不同摩爾比的TPM光催化磁流體降解苯酚的反 應(yīng)速率常數(shù)，其中，ΤΡΜ-16 為 n(Ti4+):n(ANI):n(MnFe204)為 16:1:1、ΤΡΜ-2 為 n(Ti4+) :n(ANI) :n(MnFe2O4)為 16:1:1/2、TPM-I 為n(Ti4+) :n(ANI) :n(MnFe2O4)為 16:1:1/3、 ΤΡΜ-3 為 n (Ti4+) : n (ANI) : n (MnFe2O4)為 I6:1:2 和 ΤΡΜ-4 為 n (Ti4+) : n (ANI) : n (MnFe2O4)為 16:1:3。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明提供一種低溫水熱法制備光催化磁流體的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0028] 步驟1、通過(guò)化學(xué)共沉淀法來(lái)制備納米MnFe2O4納米粒子，
[0029] 按 Mn2+和 Fe 3+的摩爾比為 1:1-1:5, MnSO4 ·H2O 和 FeCl3 ·6Η20 的體積比為 1:1，將 MnSO4 · H2O和FeCl3 · 6Η20混合，進(jìn)行水浴加熱反應(yīng)；邊攪拌邊緩慢加入3mol/L的NaOH溶 液，調(diào)溶液pH值為10-12 ;升溫至80-100°C恒溫?cái)嚢鐸. 5h-2. 5h后，冷卻至室溫，最終將沉 淀物進(jìn)行磁分離，用蒸餾水反復(fù)洗滌以去除表面的其他離子；然后將沉淀物置于真空烘箱 中55-65°C干燥后，研磨并過(guò)300目篩，即得到MnFe 2O4納米粒子。
[0030] 步驟2、通過(guò)原位合成法制備PANI/MnFe204納米復(fù)合物，
[0031] 步驟2. 1、制備ANI溶液，在250mL的錐形瓶中，將苯胺單體加入到含有l(wèi)mol/L的 HCl溶液中，其中，苯胺單體與HCl溶液的體積比為0. 4ml-2. 4ml :100ml，磁力攪拌15min， 制備得到ANI溶液；
[0032] 步驟 2. 2、按 n(ANI) :n(MnFe204)為 3 :1-1 :3,向 ANI 溶液中加入 MnFe2O4粉末并 不斷攪拌15min-45min使MnFe2O 4粒子均勻分散，將反應(yīng)體系移入超聲的條件下，緩慢滴加 與ANI溶液等摩爾的0.1 moVL(NH4)2S2O8(APS)溶液，然后置于0~5°C的冰浴，在約400~ 500